JPH08289509A - 整流子電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電機子鉄心の同一スロット内に整流終了時期
の異なる２つのコイルを巻回した整流子電動機におい
て、スロット内におけるコイルの占積率を増大して電動
機特性を向上すること。 【構成】 まず、Ｎ２Ａ→Ｎ２Ｂ→……→Ｎ２Ｌと巻回
数の少ない回転方向後位の第２のコイルＮ２を全周のス
ロットＡ〜Ｌに巻回し、その後、Ｎ１Ａ→Ｎ１Ｂ→……
→Ｎ１Ｌと巻回数の多い回転方向前位の第１のコイルＮ
１を全周のスロットＡ〜Ｌに巻回することにより、巻回
された巻回数の少ない第２のコイルＮ２の渡り線による
隣接スロット底部への干渉割合を減少し、スロット内で
のコイルの占積率を増大して電動機特性を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流整流子電動機など
のような整流子電動機に係り、特に電機子鉄心の同一ス
ロット内に整流終了時期の異なる２つのコイルを巻回し
た整流子電動機における各コイルの巻回順序に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気掃除機や電動工具などに使用される
交流整流子電動機は、常に高効率化や長寿命化が要求さ
れている。このような要求を満足するために、整流改善
策として特公昭３６−２３０６０号公報に記載されてい
るように、電機子鉄心のスロット内に巻回される電機子
巻線を複数のコイルで構成し、かつ同一スロット内に巻
回される２つのコイルのうち、電機子の回転方向に対し
て先に整流を終了する前位の第１のコイルＮ１の巻回数
ｎ１を、後に整流を終了する後位の第２のコイルＮ２の
巻回数ｎ２よりも多くした整流子電動機が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例においては、電機子巻線のコイルの構成につい
ては記載されているが、各コイルの巻回順序などについ
ては何ら考慮されていなかった。したがって、整流子電
動機の特性向上のために、コイルの巻回数を増やした
り、コイルの線径を太くするなど、スロット内のコイル
占積率を増大しようとする場合に問題があった。

【０００４】その一例を図７について説明する。図７は
従来のコイルの一般的な巻回順序を示すもので、１２個
のスロットＡ〜Ｌ内に２４個のコイルＮ１Ａ，Ｎ２Ａ〜
Ｎ１Ｌ，Ｎ２Ｌを巻回する場合、まずスロットＡとＦ
に、先に整流が終了する回転方向前位の第１のコイルＮ
１Ａ（巻回数ｎ１＝８）と後に整流が終了する回転方向
後位の第２のコイルＮ２Ａ（巻回数ｎ２＝６）が巻回さ
れ、次いでスロットＢとＧに、第１のコイルＮ１Ｂと第
２のコイルＮ２ＢがコイルＮ１Ａ，Ｎ２Ａの上を通して
巻回され、さらにスロットＣとＨにコイルＮ１Ｃ，Ｎ２
ＣがコイルＮ１Ｂ，Ｎ２Ｂの上を通して巻回され、以下
同様に、スロットＬとＥにコイルＮ１Ｌ，Ｎ２Ｌが巻回
されるまで、すなわちＮ１Ａ→Ｎ２Ａ→Ｎ１Ｂ→Ｎ２Ｂ
→Ｎ１Ｃ→Ｎ２Ｃ→……→Ｎ１Ｌ→Ｎ２Ｌと順次巻回さ
れていく。この際、後に巻回されるコイルほどその長さ
は長くなり、先に巻回されたコイルの上に乗るかあるい
はその外周側へと迂回して巻回されていく。このため
に、コイルの渡り線が隣接するスロット上を通りやすく
なり、スロット底部がデッドスペースとなってコイルが
スロット底部まで入りきらない。図７では、例えばコイ
ルＮ２ＢがスロットＣの底部上を通っているために、後
にこのスロットＣに巻回されるコイルＮ１Ｃがスロット
Ｃの底部まで入りきらずに、スロットＣのコイル占積率
を増大することがむずかしい。このことは、後に巻回さ
れるコイルほど、その前に巻回されたコイルのスロット
底部への干渉割合が大きくなるため、その分コイル占積
率が小さくなって整流子電動機の特性が制限されてしま
う。

【０００５】その他、コイルバランスを改善するため
に、図８に示すような巻回順序も知られている。すなわ
ち、１２個のスロットＡ〜Ｌを１８０°ずつ２つに分割
してそれぞれ６個のスロットＡ〜ＦとＧ〜Ｌからなる第
１および第２のスロット群とし、第１のスロット群では
Ｎ２Ａ→Ｎ１Ａ→Ｎ２Ｂ→Ｎ１Ｂ→Ｎ２Ｃ→……→Ｎ２
Ｆ→Ｎ１Ｆのように、また第２のスロット群ではＮ２Ｇ
→Ｎ１Ｇ→Ｎ２Ｈ→Ｎ１Ｈ→……→Ｎ２Ｌ→Ｎ１Ｌのよ
うに、２つのスロット群で互に等しい順序で巻回する
が、この場合にも図７に示した場合と同様に、巻回され
たコイルの渡り線による隣接スロット底部への干渉が生
じ、整流子電動機の特性が制限されてしまうという問題
が生じる。

【０００６】したがって、本発明の目的は、上記したよ
うな、電機子鉄心の同一スロット内に整流終了時期の異
なる２つのコイルを巻回した整流子電動機において、ス
ロット内におけるコイルの占積率を増大して電動機特性
を向上することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電機子鉄心の同一スロット内に巻回され
る整流終了時期の異なる第１および第２のコイルのいず
れか一方のコイルを先にすべてのスロットに対して巻回
し、次に他方のコイルをすべてのスロットに対して巻回
するようにしたことを特徴とし、より具体的には、先に
整流が終了する回転方向前位の第１のコイルの巻回数
は、後に整流が終了する回転方向後位の第２のコイルの
巻回数より多くし、またすべてのスロットに先に巻回す
るコイルは巻回数の少ない第２のコイルとし、さらにす
べてのスロットを１８０°ずつ２分割し、この２分割さ
れた各スロット群における第１および第２のコイルの巻
回順序を互に等しくしたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は、上記第１および第２のコイルのいず
れか一方のコイルのみを先にすべてのスロットに対して
巻回してしまうので、巻回されたコイルの渡り線による
隣接スロット底部の干渉が小さいうちに隣接スロットの
コイルを巻回することができ、スロットの底部までコイ
ルを入れて、スロット内でのコイル占積率を増大するこ
とができる。そして、上記第１のコイルの巻回数を上記
第２のコイルの巻回数より多くする構成を付加すること
により、上記した従来例と同様な整流改善効果が得ら
れ、またすべてのスロットに先に巻回するコイルを巻回
数の少ない第２のコイルとする構成を付加することによ
り、巻回されたコイルの渡り線による隣接スロット底部
への干渉がより小さくなり、より効果的にスロット内で
のコイル占積率を増大することができ、さらに１８０°
ずつ２分割された各スロット群における第１および第２
のコイルの巻回順序を互に等しいする構成を付加するこ
とにより、各コイルをバランスよく巻回することができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。図１は電気掃除機などに用いられる電動送風機の縦
断面図を示す。電動送風機１は電動機部２と送風機部３
から構成され、電動機部２は交流整流子電動機からなっ
ている。

【００１０】交流整流子電動機からなる電動機部２にお
いて、回転電機子２１は、回転軸３１と、積層電機子鉄
心３２と、この鉄心３２のスロット３５内に巻回された
各コイル３６からなる電機子巻線と、整流子３３とから
構成され、電機子巻線の各コイル３６の両端は整流子３
３の各整流片３４に電気的に接続されている。固定界磁
体２２は、積層界磁鉄心３７と、これに巻回された各界
磁コイル３８からなる界磁巻線とから構成されている。
ハウジング２３とエンドブラケット２４によって構成さ
れた電動機ケース内には回転電機子２１と固定界磁体２
２が収納され、回転電機子２１の両端部はハウジング２
３とエンドブラケット２４によってそれぞれ支持固定さ
れた２つの軸受３９により回転可能に支承されている。
また、カーボンブラシ４０はブラシホルダー４１内に保
持され、バネ４２の付勢により整流子３３の周面上に摺
動可能に圧接されている。なお、電動機部２への給電は
界磁巻線→カーボンブラシ４０→整流子３３→電機子巻
線の順で行われ、いわゆる単相直巻電動機を構成してい
る。

【００１１】送風機部３は、回転軸３１に固着された遠
心羽根車５１と、この遠心羽根車５１の排気流の静圧を
回収して電動機部２内へ導く固定案内羽根５２と、これ
らを覆うケーシング５３とから構成されている。

【００１２】電動送風機１が運転された場合、遠心羽根
車５１によって吸引された気流は、矢印で示すように、
固定案内羽根５２によって電動機部２内へ導かれ、電動
機部２の内部を冷却したあとに外部へ排気される。

【００１３】本実施例では、整流子３３の整流子片３４
の数は２４個で、電機子鉄心３２に形成されたスロット
３５の数、１２個の２倍であるため、電機子巻線のコイ
ルは、図４に示すように、１つのスロット３５に２つの
コイルが巻回されるようになる。図４において、回転電
機子２１の回転方向は矢印方向であり、スロットＡには
先に整流が終了する回転方向前位の第１のコイルＮ１Ａ
と後に整流が終了する回転方向後位の第２のコイルＮ２
Ａの２つのコイルが巻回されている。次に隣のスロット
Ｂには、それぞれ第１のコイルＮ１Ｂ，第２のコイルＮ
２Ｂが巻回され、順次各スロットＣ，Ｄ，……，Ｌまで
同様に巻回されている。そして、第１のコイルＮ１の巻
回数は第２のコイルＮ２の巻回数より多くなっている。
これは、整流を改善し、整流子電動機の特性およびカー
ボンブラシ４０の寿命を向上させるためである。すなわ
ち、同一スロット内での第１のコイルＮ１と第２のコイ
ルＮ２において、第１のコイルＮ１が整流を終了する瞬
間には、これに隣接する第２のコイルＮ２は既に整流作
用を始めており、かつカーボンブラシ４０によって短絡
されている。このため、第２のコイルＮ２は第１のコイ
ルＮ１に対して、変圧器２次巻線の作用をなし、第１の
コイルＮ１と第２のコイルＮ２間に相互誘導作用が生
じ、これによって、第１のコイルの整流終了時に実効イ
ンダクタンスが小さくなり、リアクタンス電圧も小さく
なる。一方、回転電機子２１がその回転方向に整流子片
３４の１つ分だけ回転し、第２のコイルＮ２が整流を終
了する瞬間に上記の変圧器２次巻線作用をなすコイル
は、その隣のスロット内の第１のコイルＮ１であるた
め、同一スロット内にある場合よりも相互誘導作用が極
端に小さくなる。したがって、第２のコイルＮ２の整流
終了時には、実効インダクタンスが大きくなってリアク
タンス電圧も大きくなり、強い火花が発生し、整流子電
動機の特性低下やカーボンブラシ４０の寿命低下を引き
起こす原因となる。そこで、本実施例では、第２のコイ
ルＮ２の巻回数を第１のコイルＮ１の巻回数よりも少な
くしてリアクタンス電圧をなるべく均等化し、全体とし
て整流火花を抑制し整流を改善して整流子電動機の特性
を安定化し、かつカーボンブラシの寿命向上を図ってい
る。

【００１４】ところで、本実施例では、電機子巻線の各
コイルの巻回順序は、図２に示すように、まずＮ２Ａ→
Ｎ２Ｂ→Ｎ２Ｃ→……→Ｎ２Ｌと巻回数の少ない第２の
コイルＮ２を全周のスロットＡ〜Ｌに巻回し、その後、
これらの上側に図３に示すように、Ｎ１Ａ→Ｎ１Ｂ→Ｎ
１Ｃ→……→Ｎ１Ｌと巻回数の多い第１のコイルＮ１を
全周のスロットＡ〜Ｌに巻回する。

【００１５】このように、巻回数の少ない第２のコイル
Ｎ２を先に巻回することにより、巻回された第２のコイ
ルＮ２が隣接するスロットの底部に干渉する割合が減少
するので、隣接するスロットにおけるコイルの占積率を
向上することができる。たとえば、図２のスロットＢに
巻回される第２のコイルＮ２Ｂは巻回数が少ないので、
スロットＣやＤの底部に干渉、すなわち底部の上をその
渡り線が通過することがなく、このため、スロットＣに
巻回される第２のコイルＮ２ＣをスロットＣの底部まで
入れることができ、スロット断面積を有効に使用してコ
イルの占積率を向上することができる。

【００１６】また、本実施例は図８に示したコイルバラ
ンスを改善する巻回方式にも同様に適用でき、同様の効
果を得ることができる。すなわち、図８において、第１
のスロット群Ａ〜ＦではＮ２Ａ→Ｎ２Ｂ→Ｎ２Ｃ→……
→Ｎ２Ｆのように、第２のスロット群Ｇ〜ＬではＮ２Ｇ
→Ｎ２Ｈ→Ｎ２Ｉ→……→Ｎ２Ｌのように、各スロット
群でまず巻回数の少ない第２のコイルＮ２を互に等しい
順序で巻回し、その後、第１のスロット群Ａ〜ＦではＮ
１Ａ→Ｎ１Ｂ→Ｎ１Ｃ→……→Ｎ１Ｆのように、第２の
スロット群Ｇ〜ＬではＮ１Ｇ→Ｎ１Ｈ→Ｎ１Ｉ→……→
Ｎ１Ｌのように、各スロット群で巻回数の多い第１のコ
イルを互に等しい順序で巻回することにより、巻回され
たコイルの渡り線による隣接スロット底部への干渉割合
を少なくしてスロットにおけるコイル占積率を向上する
ことができる。

【００１７】図５は本発明の他の実施例に係る電機子巻
線の各コイルの巻回順序を示すもので、図２および図３
の実施例とは逆に、まずＮ１Ａ→Ｎ１Ｂ→Ｎ１Ｃ→……
→Ｎ１Ｌと巻回数の多い第１のコイルＮ１を全周のスロ
ットＡ〜Ｌに巻回し、その後に、Ｎ２Ａ→Ｎ２Ｂ→Ｎ２
Ｃ→……→Ｎ２Ｌと巻回数の少ない第２のコイルＮ２を
全周のスロットＡ〜Ｌに巻回する。

【００１８】この実施例によれば、図２および図３の実
施例に比べて、先に巻回する第１のコイルＮ１の巻回数
が多い分だけ隣接スロットの底部に干渉する割合は大き
いが、巻回数の多い第１のコイルＮ１を先に、すなわち
下側に巻回してしまうので、図６に示すように電機子巻
線のコイルエンド部３６ａを小さくまとめて、その分回
転軸方向の長さを短縮でき、小形化および高速回転対応
の軸剛性の強化が可能となる。

【００１９】さらに、本実施例は図８に示したコイルバ
ランスを改善する巻回方式にも同様に適用でき、同様な
効果を得ることができる。すなわち、図８において、第
１のスロット群Ａ〜ＦではＮ１Ａ→Ｎ１Ｂ→Ｎ１Ｃ→…
…→Ｎ１Ｇのように、第２のスロット群Ｇ〜ＬではＮ１
Ｇ→Ｎ１Ｈ→Ｎ１Ｉ→……→Ｎ１Ｌのように、各スロッ
ト群でまず巻回数の多い第１のコイルＮ１を互に等しい
順序で巻回し、その後、第１のスロット群Ａ〜ＦではＮ
２Ａ→Ｎ２Ｂ→Ｎ２Ｃ→……→Ｎ２Ｆのように、第２の
スロット群Ｇ〜ＬではＮ２Ｇ→Ｎ２Ｈ→Ｎ２Ｉ→……→
Ｎ２Ｌのように、各スロット群で巻回数の少ない第２の
コイルＮ２を互に等しい順序で巻回することにより、図
５に示した実施例と同様の効果が得られる。

【００２０】なお、上記実施例では交流整流子電動機に
適用した場合について説明したが、本発明は直流整流子
電動機にも同様に適用できることは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上記した第１および第２のコイルのいずれか一方のコイ
ルのみを先にすべてのスロットに対して巻回してしまう
ので、巻回されたコイルの渡り線による隣接スロット底
部への干渉が小さいうちに隣接スロットにコイルを巻回
することができ、スロットの底部までコイルを入れて、
スロット内でのコイル占積率を増大し、整流子電動機の
特性を向上することができる。

【００２２】また、第１のコイルの巻回数を第２のコイ
ルの巻回数よりも多くする構成を付加すれば、さらに各
コイルにおける整流終了時のアクタンス電圧を均等化
し、全体として整流火花を抑制し整流を改善して整流子
電動機特性の安定化、カーボンブラシの長寿命化を図る
ことができる、という効果も得られる。

【００２３】さらに、先に巻回するコイルを巻回数の少
ない第２のコイルとする構成を付加すれば、さらに巻回
されたコイルの渡り線による隣接スロット底部への干渉
割合がより小さくなり、より効果的にスロット内でのコ
イルの占積率を増大することができる、という効果も得
られる。

【００２４】さらにまた、１８０°ずつ２分割された各
スロット群における第１および第２のコイルの巻回順序
を互に等しくする構成を付加すれば、さらに各コイルを
バランスよく巻回することができる、という効果も得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される電動送風機の縦断面図であ
る。

【図２】本発明の一実施例に係る電機子巻線の各コイル
の初期の巻回状態を示す回転子の平面図である。

【図３】本発明の一実施例に係る電機子巻線の各コイル
の後期の巻回状態を示す回転子の平面図である。

【図４】本発明が適用される整流子電動機の電機子巻線
における各コイルの結線状態を示す説明図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る電機子巻線の各コイ
ルの初期の巻回状態を示す回転子の平面図である。

【図６】本発明の他の実施例に係る電機子巻線の各コイ
ルの巻回状態を示す回転子の斜視図である。

【図７】従来の巻回方式による電機子巻線の各コイルの
巻回状態を示す回転子の平面図である。

【図８】従来の他の巻回方式による電機子巻線の各コイ
ルの巻回状態を示す回転子の平面図である。

【符号の説明】 ２１ 回転電機子 ３２ 電機子鉄心 ３３ 整流子 ３５ スロット ３６ 電機子巻線のコイル Ｎ１Ａ〜Ｎ１Ｌ 先に整流が終了する回転方向前位のコ
イル Ｎ２Ａ〜Ｎ２Ｌ 後に整流が終了する回転方向後位のコ
イル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常楽 文夫 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 全周にわたって複数個のスロットが形成
   された電機子鉄心と、この電機子鉄心の同一スロット内
   にそれぞれ複数回巻回された第１および第２のコイルか
   らなる電機子巻線とを備え、第１のコイルを先に整流が
   終了する回転方向前位のコイルとなるように、また第２
   のコイルを後に整流が終了する回転方向後位のコイルと
   なるように、整流子の各整流子片に接続した整流子電動
   機において、上記電機子巻線の第１および第２のコイル
   の巻回順序を、第１および第２のコイルのいずれか一方
   のコイルを先にすべてのスロットに対して巻回し、次に
   他方のコイルをすべてのスロットに対して巻回するよう
   にしたことを特徴とする整流子電動機。
2. 【請求項２】 請求項１において、第１のコイルの巻回
   数を第２のコイルの巻回数より多くしたことを特徴とす
   る整流子電動機。
3. 【請求項３】 請求項２において、巻回数の少ない第２
   のコイルを先にすべてのスロットに対して巻回し、次に
   巻回数の多い第１のコイルをすべてのスロットに対して
   巻回するようにしたことを特徴とする整流子電動機。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つの項におい
   て、上記電機子鉄心の全周にわたって形成された複数個
   のスロットを１８０°ずつ２分割し、この２分割された
   各スロット群における第１および第２のコイルの巻回順
   序を互に等しくしたことを特徴とする整流子電動機。